第三章生物反应器设计和操作基础
34页1、第三章 生物反应器设计和操作基础,第一节 生物反应器,生物反应器: 构造一个适宜生物体生长和形成产物的环境,并能促进生物体的新陈代谢,使其能在低消耗下获得较高产量设备。,生物反应器在生物工程过程地位,一、生物反应器设计和操作的目标 生物反应器设计和操作的主要目标是使产品的质量高,成本低。 在生物工程过程中生产成本主要决定于原料成本、操作成本,投资成本。 如:,根据生物转化过程中生产成本的主要方面,可以生物转化过程分为三类: (1)转化成本和原料成本为主,如面包酵母、酒精等的生产; (2)回收成本为主,如氨基酸,抗生素的生产; (3)以底物的转化成本为主,如废水处理。,二、生物反应器设计和操作的限制因素,在生物催化剂的浓度和比活力都很高时,传质和传热将成为提高反应器生产能力的限制因素。,图32生物反应器生产能力的限制因素,三、 生物反应器开发的趋势和未来发展方向,1、3、开发和应用特殊用途的和具有特殊性改进生物反应器中热量、质量传递的方法和装置就成为生物反应器开发的趋势。2、生物反应器正向大型化和自动化方向发展。能的生物反应器。4、连续生物反应器 开发。5、把生物反应器和后面的产物回收过
2、程联系起来将行合理开发。,四、生物反应器的类型,(1)厌气生物反应器:发酵过程不需要通人氧气或空气,有时可能通入二氧化碳或氮气等惰性气体以保持罐内正压,防止染菌,以及提高厌氧控制水平。此类反应器有酒精发酵罐、啤酒发酵罐、沼气发酵罐(池)、双歧杆菌厌氧反应器等。(2)通气生物反应器:又可分为搅拌式、气升式、自吸式等;前两者需要在反应过程中通人氧气或空气,后者则可自行吸人空气满足反应要求。搅拌式反应器靠搅拌器提供动力使物料循环、混合,气升式则以通入的空气上升产生动力,自吸式反应器是利用特殊搅拌叶轮在搅拌过程中产生真空而将空气吸人反应器内,毋须另外供气动力。,(3)光照生物反应器:反应器壳体部分或全部采用透明材料,以便光可照射到反应物料,进行光合作用反应。一般配有照射光源,白天可直接利用太阳光。 (4)膜生物反应器:反应器内安装适当的部件作为生物膜的附着体,或者用超滤膜(如中空纤维等)将细胞控制在某一区域内进行反应。,第二节生物反应动力学基础,生物反应动力学是研究生物反应速度的规律。在研究动力学特性时一般是要研究细胞生长速率、基质利用速率和产物生产速率的变化规律,以便对培养过程作有效的控制,
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